Épigénétique ou épigénèse
Vue d'ensemble

Le concept d'épigénèse ou épigénétique a varié suivant les époques.

• Au départ, à partir du XIXe siècle (cf. transformisme et évolutionnisme : n'oublions pas que la découverte des chromosomes ne date que de 1882), l'épigenèse, littéralement " formation sur ", définit également l'ensemble des processus impliqués dans le passage d'un stade à un autre du développement, et en particulier du développement comportemental. Les facteurs épigénétiques ou environnementaux sont souvent opposés aux facteurs génétiques alors qu'ils sont complémentaires.
• Depuis un siècle, l'épigenèse a été étendue au développement lors de la période postnatale aussi bien neurologique que comportementale.

À l'heure actuelle, le terme épigénétique définit les modifications héritables (pendant la mitose ou la méiose) de l'expression des gènes ne s'accompagnant pas de changements des séquences nucléotidiques.

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  Ces définitions consensus datent d'un congrès en 2008 (An operational definition of epigenetics 2009) : « An epigenetic trait is a stably heritable phenotype resulting from changes in a chromosome without alterations in the DNA sequence. »
• Le terme grec " Ã©pi " signifie au-dessus de : « L'épigénétique… est un concept qui dément en partie la " fatalité " des gènes. » Hervé Morin

Comme on a défini le génome, on parle à l'heure actuelle d'épigénome.

• Le génotype est caractérisé comme une séquence ou un ensemble de séquences d’ADN correspondant à un caractère héréditaire donné (phénotype).
• L'épigénotype est une modification ou un ensemble de modifications épigénétiques correspondant à un état de transcription particulier d’un gène (expression ou répression).

Les modifications épigénétiques sont héritables, mais réversibles contrairement aux modifications génétiques qui sont héritables, mais irréversibles.

Ces changements peuvent se produire spontanément, mais le plus souvent en réponse à l'environnement qui va modifier l'expression du patrimoine génétique de l'individu.

« Alors que la génétique correspond à l’étude des gènes, l’épigénétique s’intéresse à une « couche » d’informations complémentaires qui définit comment ces gènes vont être utilisés par une cellule ou… ne pas l’être. » Alan Vonlanthen 2010.

Mise en évidence

Prenons plusieurs exemples basiques.

• La plante Linaria vulgaris peut se présenter sous deux formes différentes (" normale " à symétrie bilatérale - tube formé de pétales soudés - ou " peloria ", monstre en grec, ou péloric à 5 pétales distincts à symétrie axiale, décrite par Linné comme une autre espèce) sous l'action de l'inactivation du gène Lcyc (An epigenetic mutation responsible for natural variation in floral symmetry 1999).
• Une larve d'abeille deviendra une reine ou une ouvrière en fonction de la façon dont elle est nourrie (Nutritional Control of Reproductive Status in Honeybees via DNA Methylation 2008).
• Un Å“uf de tortue peut éclore en mâle ou femelle en fonction de la température (détermination du sexe selon la température)…

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  Les souris sont de couleur plus ou moins jaunes (et obèses) selon l'expression de l'allèle A^vy (Agouti viable yellow) du gène Agouti (The agouti mouse model: an epigenetic biosensor for nutritional and environmental alterations on the fetal epigenome 2010).

« On peut sans doute comparer la distinction entre la génétique et l'épigénétique à la différence entre l'écriture d'un livre et sa lecture. Une fois que le livre est écrit, le texte (les gènes ou l'information stockée sous forme d'ADN) sera le même dans tous les exemplaires distribués au public. Cependant, chaque lecteur d'un livre donné aura une interprétation légèrement différente de l'histoire, qui suscitera en lui des émotions et des projections personnelles au fil des chapitres. D'une manière très comparable, l'épigénétique permettrait plusieurs lectures d'une matrice fixe (le livre ou le code génétique), donnant lieu à diverses interprétations, selon les conditions dans lesquelles on interroge cette matrice. » Thomas Jenuwein (source Wikipedia)

Le code génétique est identique, mais son expression change en fonction de données environnementales.

Ce concept est particulièrement frappant dans l'embryologie où une cellule unique peut se différencier en une multitude de cellules suivant sa position embryonnaire.

Bases moléculaires

De la définition de l'épigénétique, on définit trois catégories de signaux qui aboutissent à la création d'un état épigénétique stable héritable (An operational definition of epigenetics 2009).

1. L'épigéniteur (Epigenitor) est le signal qui provient de l'environnement et qui déclenche une cascade de réactions intracellulaires.

• Cette voie de signalisation pourrait être activée par une interaction protéine-protéine, ou par une modification de l'épigéniteur qui déclenche alors une activité qui était latente auparavant.
• Ce signal serait transitoire, assez long pour définir le phénotype épigénétique, mais facultatif pour les événements ultérieurs.

2. L'initiateur épigénétique (Epigenetic Initiator) répond à l'épigéniteur.

Cet initiateur est placé dans l'environnement de la chromatine, à un endroit précis. Ce peut être :

• une protéine liée à l'ADN,
• un ARN non-codant,
• une autre entité qui définit la structure de la chromatine.

Cet initiateur est suffisant pour initier un phénotype épigénétique lorsqu'il est introduit dans une cellule. En outre, contrairement à l'épigéniteur, l'action de l'initiateur est constante, et peut persister avec le stabilisateur épigénétique.

3. Le stabilisateur épigénétique (Epigenetic Maintainer) garde cet environnement chrromatinien dans les générations suivantes : il soutient l'initiateur, mais ne peut l'activer.

Toutefois, rappelons que cette modification épigénétique peut être réversible contrairement à la modification génétique.

Ce signal emprunte différentes voies :

• la méthylation de l'ADN : si le gène Avy (cf. plus haut) est peu ou pas méthylé, c'est-à-dire actif dans toutes les cellules, les souris sont jaunes (et obèses) alors que l'hyperméthylation rend les souris brunes. Entre les deux, elles sont tachetées.
• les modifications post-traductionnelles des histones (" code des histones ").

Par exemple la méthylation de H3K4 par le complexe Trithorax (Trithorax group) et H3K27 par le complexe Polycomb dans l'expression des gènes homéotiques (The polycomb bodies)…  Par contre, toutes les modifications post-traductionnelles des histones (induction de la transcription ou réparation de l'ADN) ne sont pas épigénétiques.

• les transcrits d'ARN qui peuvent maintenir l'activité du gène (Hnf4 ou MyoD par exemple dans le développement du foie et des muscles respectivement),
• les microARN (miRNA), ARN non-codant (22 nucléotides en moyenne d'où le nom mini), trouvés chez les plantes, les animaux et certains virus qui régulent la post-transcription par extinction de l'expression génique, par appariement de leurs bases avec l'ARNm (Transcriptional and epigenetic regulation of human microRNAs 2012) : on les retrouve dans les dinucléotides CpG (CpG site) reprimés par méthylation épigénétique,
• la méthylation de l'ARNm,
• le positionnement des nucléosomes (Nucleosome repositioning links DNA (de)methylation and differential CTCF binding during stem cell development 2014),
• …

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